新突破！哈工大成功研制首臺“雙換能器超聲固相增材裝備”

2025年4月9日，南極熊從科技日報發(fā)布的消息中了解到，哈工大成功研制了首臺“雙換能器超聲固相增材制造裝備”。

據(jù)悉，這項技術突破傳統(tǒng)超聲增材設備的功率限制，在異種金屬連接與功能材料高效構(gòu)建領域?qū)崿F(xiàn)重大進展，為我國航空航天、新能源裝備等高端制造領域注入新動能。

技術背景：固相增材制造的新路徑

超聲波增材制造技術（UAM）是一種基于高頻機械振動與摩擦的固相連接工藝，通過金屬箔材的層層固結(jié)實現(xiàn)構(gòu)件成型，無需熔化材料。相較于傳統(tǒng)熔化型增材技術，UAM可有效規(guī)避高溫導致的金屬氧化、相變及殘余應力問題，尤其適用于異種金屬連接（如銅/鋁、鋁/鈦）和功能梯度材料構(gòu)建，為輕量化、高性能結(jié)構(gòu)件制造開辟新路徑。

（圖源網(wǎng)絡）

裝備突破：雙換能器協(xié)同設計，功率與效率雙提升

傳統(tǒng)UAM設備因單換能器結(jié)構(gòu)存在功率不足、連接穩(wěn)定性差等瓶頸，難以滿足大尺寸高強度構(gòu)件需求。美國在雙換能器超聲增材方面是先行者，國內(nèi)一直未見實質(zhì)性突破，張洪濤教授團隊在國內(nèi)創(chuàng)新性提出“雙換能器+雙變幅桿”協(xié)同設計方案，實現(xiàn)兩大核心突破：

1.大功率輸出：系統(tǒng)功率達6000～9000瓦，能量傳輸效率提升50%以上，可支持銅、鋁、鈦、鎳等多種金屬的高質(zhì)量結(jié)合。

2.推挽式結(jié)構(gòu)控制：通過雙換能器交替振動，增強界面摩擦均勻性，顯著提升異種材料（如銅/鋁）的固結(jié)效果與力學性能。

另外，該技術還攻克了諧振系統(tǒng)設計、壓頭粗糙度控制等難題，目前已進入穩(wěn)定測試階段，并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

科研歷程：十年磨一劍，從構(gòu)想到樣機

自2013年起，張洪濤教授團隊在山東省重大科技創(chuàng)新工程等支持下，逐步推進技術攻關和裝備制造：

2013年：提出“輔助加熱式超聲快速成型方法及裝置”構(gòu)想；

2017年：授權(quán)“一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置”專利；

2018年：明確“雙換能器推挽式滾焊固結(jié)”技術路徑；

2021年：實現(xiàn)鋁/銅、鋁/鈦等多種異種金屬材料高效連接及界面調(diào)控；

2025年：完成設備多輪迭代，樣機通過工程驗證，進入產(chǎn)業(yè)化籌備階段。

此期間，團隊依托超聲波增材制造技術和裝備在《Journal of Materials Research and Technology》等期刊發(fā)表多篇論文，并指導學生獲第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽金獎（2021年）

應用前景：多領域賦能“中國智造”

該裝備的產(chǎn)業(yè)化將重點服務于：航空航天：輕量化鈦/鋁復合結(jié)構(gòu)件制造；新能源裝備：高導熱銅/鋁電池散熱組件高效成型；精密器件：功能梯度材料（如形狀記憶合金）定制化開發(fā)等領域。

（圖源網(wǎng)絡）

張洪濤教授指出，未來將進一步優(yōu)化裝備智能化水平，推動其在機器人、電子芯片、汽車交通等領域的應用，為“綠色制造”提供中國方案。